M

MLOG

Latviešu

Ienirstiet iegulto sistēmu un mikrokontrolleru programmēšanas pasaulē. Apgūstiet pamatkonceptus, programmēšanas valodas, arhitektūras un praktiskus pielietojumus globālai auditorijai.

Iegultās sistēmas: visaptverošs ceļvedis mikrokontrolleru programmēšanā

Iegultās sistēmas ir visur – sākot no viedtālruņiem mūsu kabatās līdz sarežģītai tehnikai rūpnīcās. Šis ceļvedis sniedz visaptverošu pārskatu par iegultajām sistēmām, īpašu uzmanību pievēršot mikrokontrolleru programmēšanai, kas piemērota globālai auditorijai ar atšķirīgu tehniskās pieredzes līmeni. Mēs izpētīsim pamatkonceptus, programmēšanas valodas, aparatūras apsvērumus un reālās pasaules lietojumus. Šī rokasgrāmata ir paredzēta, lai sniegtu jums zināšanas, kā izprast, izstrādāt un sniegt ieguldījumu strauji augošajā iegulto sistēmu pasaulē.

Kas ir iegultās sistēmas?

Iegultā sistēma ir specializēta datoru sistēma, kas paredzēta noteikta uzdevuma vai uzdevumu kopuma veikšanai. Atšķirībā no vispārēja mērķa datoriem (piemēram, jūsu klēpjdators), iegultās sistēmas parasti ir daļa no lielākas ierīces vai sistēmas, un tām bieži vien ir reāllaika ierobežojumi, ierobežoti resursi un specifiskas funkcionalitātes. Tās parasti ir paredzētas konkrētam lietojumam un optimizētas efektivitātei, veiktspējai un enerģijas patēriņam.

Apsveriet šādus piemērus:

Iegulto sistēmu definējošās īpašības ietver:

Mikrokontrolleri: iegulto sistēmu sirds

Mikrokontrolleri (MCU) ir daudzu iegulto sistēmu smadzenes. Tie ir mazi, autonomi datori vienā integrētā shēmā (IC). Tie parasti ietver procesora kodolu, atmiņu (RAM un Flash), ievades/izvades (I/O) perifērijas ierīces (taimeri, seriālās sakaru saskarnes, analogo-ciparu pārveidotāji) un citus komponentus, kas nepieciešami konkrētas ierīces vai procesa vadībai. Tie atšķiras no mikroprocesoriem, kuriem parasti ir nepieciešami ārējie komponenti, piemēram, atmiņa un I/O kontrolleri. Mikrokontrolleri ir rentabli un energoefektīvi, padarot tos ideāli piemērotus iegultajiem lietojumiem.

Mikrokontrolera galvenie komponenti:

Pareiza mikrokontrolera izvēle

Pareiza mikrokontrolera izvēle ir izšķirošs solis jebkurā iegulto sistēmu projektā. Šo lēmumu ietekmē vairāki faktori:

Populārākās mikrokontroleru arhitektūras:

Mikrokontroleru programmēšanas valodas

Mikrokontroleru programmēšanai tiek izmantotas vairākas programmēšanas valodas. Izvēle bieži vien ir atkarīga no mikrokontrolera arhitektūras, projekta prasībām un izstrādātāja vēlmēm.

Piemērs: Hello, World! valodā C priekš Arduino:


void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.println("Hello, World!");
  delay(1000);
}

Iegulto sistēmu izstrādes rīki

Iegulto sistēmu izstrādes process ietver dažādus rīkus:

Iegulto sistēmu izstrādes process

Izstrādes process parasti ietver vairākus posmus:

  1. Prasību apkopošana: Definējiet sistēmas funkcionalitāti, veiktspēju un citas prasības.
  2. Sistēmas projektēšana: Izstrādājiet aparatūras un programmatūras arhitektūru. Tas ietver mikrokontrolera izvēli, shēmas projektēšanu un programmatūras moduļu definēšanu.
  3. Aparatūras izstrāde: Projektējiet un izveidojiet aparatūras shēmu, ieskaitot mikrokontroleri, sensorus, izpildmehānismus un citus komponentus. Tas var ietvert PCB (drukātās shēmas plates) projektēšanu, izmantojot programmatūru, piemēram, KiCad vai Eagle.
  4. Programmatūras izstrāde: Rakstiet pirmkodu, kompilējiet to un pārbaudiet to.
  5. Testēšana un atkļūdošana: Rūpīgi pārbaudiet sistēmu, ieskaitot aparatūras un programmatūras testēšanu. Identificējiet un novērsiet visas kļūdas. Tas var ietvert vienības testēšanu, integrācijas testēšanu un sistēmas testēšanu.
  6. Izvietošana: Augšupielādējiet programmatūru mikrokontrolerī un izvietojiet sistēmu paredzētajā vidē.
  7. Uzturēšana: Uzraugiet sistēmu, novērsiet kļūdas un nodrošiniet atjauninājumus pēc nepieciešamības.

Mikrokontroleru programmēšanas reālās pasaules lietojumi

Mikrokontrolleri tiek izmantoti plašā lietojumu klāstā visā pasaulē:

Piemērs: Viedās mājas automatizācija:

Viedās mājas sistēma izmanto mikrokontroleri (bieži vien ESP32 vai līdzīgu), lai kontrolētu apgaismojumu, temperatūru un citas ierīces. Sensori nosaka vidi un aktivizē darbības, pamatojoties uz ieprogrammētu loģiku. Piemēram, temperatūras sensors var aktivizēt apkures vai dzesēšanas sistēmu, pamatojoties uz iepriekš definētiem temperatūras sliekšņiem. Sistēma pieslēdzas internetam (parasti, izmantojot Wi-Fi), lai nodrošinātu attālo vadību un uzraudzību, izmantojot mobilo lietotni.

Darbs ar Arduino: praktisks ievads

Arduino ir atvērtā koda elektronikas platforma, kuras pamatā ir viegli lietojama aparatūra un programmatūra. Tā ir plaši populāra iesācēju vidū, pateicoties tās vienkāršībai un visaptverošam kopienas atbalstam. Arduino platforma parasti izmanto AVR mikrokontrollerus (piemēram, ATmega328P) un nodrošina lietotājam draudzīgu IDE un vienkāršotu programmēšanas valodu, kuras pamatā ir C/C++.

Arduino platformas galvenie komponenti:

Sākam darbu ar Arduino:

  1. Lejupielādējiet un instalējiet Arduino IDE: No oficiālās Arduino vietnes (arduino.cc).
  2. Pievienojiet savu Arduino plati savam datoram: Izmantojiet USB kabeli.
  3. Atlasiet savu plati un portu: Arduino IDE (Rīki > Plate un Rīki > Ports).
  4. Uzrakstiet savu pirmo programmu (piemēram, Blink): Klasiskais "Hello, World!" ekvivalents iegultajām sistēmām, kur LED mirgo iekšā un ārā.
  5. Augšupielādējiet kodu savā Arduino platē: Noklikšķiniet uz pogas "Augšupielādēt" Arduino IDE.

Piemērs: LED mirgošana:


// Definējiet LED tapu
const int ledPin = 13;

void setup() {
  // Iestatiet LED tapu kā izvadi
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Ieslēdziet LED
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  // Pagaidiet vienu sekundi
  delay(1000);
  // Izslēdziet LED
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  // Pagaidiet vienu sekundi
  delay(1000);
}

Arduino platforma ir lielisks sākumpunkts iesācējiem, kuri interesējas par mikrokontroleru programmēšanu. Ir viegli pieejami daudzi tiešsaistes apmācības, kursi un kopienas resursi, kas palīdzēs jums šajā procesā. Tas padara to pieejamu skolēniem visā pasaulē, neatkarīgi no viņu pieredzes.

Darbs ar Raspberry Pi Pico: atšķirīga pieeja

Raspberry Pi Pico ir zemu izmaksu, augstas veiktspējas mikrokontroleru plate, ko izstrādājis Raspberry Pi fonds. Tajā ir RP2040 mikrokontroleris, divkodolu ARM Cortex-M0+ procesors. Tas piedāvā atšķirīgu pieeju iegulto sistēmu apguvei un ir laba alternatīva Arduino konkrētiem lietojumiem.

Raspberry Pi Pico galvenās iezīmes:

Raspberry Pi Pico izmantošanas priekšrocības:

Sākam darbu ar Raspberry Pi Pico (izmantojot MicroPython):

  1. Lejupielādējiet un instalējiet Thonny IDE: Python IDE, kas ir iepriekš konfigurēts MicroPython.
  2. Pievienojiet savu Raspberry Pi Pico datoram: Izmantojot USB kabeli.
  3. Instalējiet MicroPython programmaparatūru uz Pico: Izpildiet norādījumus Thonny IDE.
  4. Uzrakstiet savu pirmo programmu (piemēram, Blink): Līdzīgi Arduino piemēram, šī programma liks iebūvētajai LED mirgot.
  5. Augšupielādējiet un palaidiet kodu: Saglabājiet kodu uz Raspberry Pi Pico un palaidiet kodu, izmantojot Thonny IDE.

Piemērs: LED mirgošana ar MicroPython uz Raspberry Pi Pico:


import machine
import time

led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)  # GPIO 25 ir iebūvētais LED

while True:
  led.value(1)  # Ieslēdziet LED
  time.sleep(0.5)
  led.value(0)  # Izslēdziet LED
  time.sleep(0.5)

Padziļināti koncepti mikrokontroleru programmēšanā

Progresējot iegulto sistēmu izstrādē, jūs sastapsieties ar padziļinātiem konceptiem:

Resursi mācībām un turpmākai izpētei

Ir pieejams daudz resursu, lai uzzinātu vairāk par iegultajām sistēmām un mikrokontroleru programmēšanu:

Iegulto sistēmu nākotne

Iegultās sistēmas pastāvīgi attīstās, un aizraujošas tendences veido to nākotni:

Iegulto sistēmu joma piedāvā daudzas karjeras iespējas inženieriem, izstrādātājiem un citiem profesionāļiem. Paredzams, ka kvalificētu profesionāļu pieprasījums šajā jomā paliks augsts, padarot to par izcilu karjeras ceļu tiem, kas interesējas par tehnoloģijām.

Secinājums

Mikrokontroleru programmēšana ir fundamentāla prasme iegulto sistēmu pasaulē. Šis ceļvedis ir sniedzis visaptverošu pārskatu, aptverot galvenos konceptus, programmēšanas valodas, aparatūras apsvērumus un praktiskus piemērus. Ar apņemšanos un piekļuvi pareizajiem resursiem ikviens var iegūt zināšanas un prasmes, kas nepieciešamas iegulto sistēmu projektēšanai, izveidei un programmēšanai. Sākot no vienkāršas LED mirgošanas līdz sarežģītām IoT lietojumprogrammām, iespējas ir bezgalīgas. Turpiniet izpētīt, eksperimentēt un veidot. Iegulto sistēmu nākotne ir spoža, un jums ir iespēja būt daļai no tās. Sāciet savu ceļojumu jau šodien!